结构力学仿真软件：OpenSees：地震工程中的OpenSees应用.pdf

结构力学仿真软件：OpenSees：地震工程中的OpenSees应

用

1OpenSees简介

1.1OpenSees的历史与发展

OpenSees（OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation）是一款开源

的结构力学仿真软件，由加州大学伯克利分校的PacificEarthquakeEngineering

ResearchCenter（PEER）开发。自1998年启动以来，OpenSees已经成为地震工

程领域中进行结构分析和设计的重要工具。它支持多种结构分析方法，包括线

性和非线性静力分析、动力分析、模态分析等，特别适用于地震响应的模拟和

评估。

1.1.1发展历程

1998年：OpenSees项目启动，旨在开发一个灵活、可扩展的地

震工程仿真平台。

2000年：发布第一个版本，支持基本的线性分析和部分非线性分

析功能。

2005年：引入Python接口，用户可以通过Python脚本来控制

OpenSees，极大地提高了软件的易用性和灵活性。

2010年：增加并行计算支持，提高了大规模结构分析的效率。

2015年至今：持续更新，增加新功能，如新的材料模型、连接模

型等，同时优化现有功能，提高软件的稳定性和性能。

1.2OpenSees在地震工程中的重要性

OpenSees在地震工程中的应用广泛，它不仅能够进行结构的地震响应分析，

还能用于结构的优化设计、损伤评估以及地震风险分析。OpenSees的灵活性和

强大的分析能力使其成为研究地震工程问题的理想工具。

1.2.1地震响应分析

OpenSees能够模拟结构在地震作用下的动态响应，包括位移、速度、加速

度等。通过定义结构的几何、材料属性、边界条件和荷载，用户可以进行精确

的地震响应分析。

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1.2.1.1示例代码

#OpenSeesPython接口示例：定义一个简单的单自由度系统并进行地震响应分析

importopenseespy.openseesasops

#初始化OpenSees

ops.wipe()

ops.model(basic,-ndm,2,-ndf,2)

#定义节点

ops.node(1,0.0,0.0)

ops.fix(1,1,1)

#定义材料

ops.uniaxialMaterial(Elastic,1,30000.0)

#定义单元

ops.element(elasticBeamColumn,1,1,1,0.0,0.0,1.0,1.0,1)

#定义时间序列

ops.timeSeries(Path,2,-dt,0.01,-factor,1.0,-values,[0.0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0],-time,[0.0,

1.0,2.0,3.0,4.0,5.0])

#定义荷载模式

ops.pattern(UniformExcitation,1,2,-accel,1.0)

#定义分析类型

ops.system(BandGeneral)

ops.numberer(RCM)

ops.constraints(Plain)

ops.integrator(LoadControl,1.0)

ops.algorithm(Linear)

ops.analysis(Static)

#进行分析

ops.analyze(1)

1.2.2结构优化设计

OpenSees可以用于结构的优化设计，通过调整结构参数（如截面尺寸、材

料类型等）来寻找最优的设计方案，以满足特定的性能目标，同时控制成本。

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1.2.3损伤评估

OpenSees能够评估结构在地震作用下的损伤程度，通过定义损伤模型和损

伤指标，可以预测结构的损伤状态，为结构的修复和加固提供依据。

1.2.4地震风险分析

OpenSees可以进行地震风险分析，通过模拟不同地震场景下的结构响应，

评估结构的地震风险，为地震灾害的预防和减轻提供科学依据。

1.3结